浅谈地铁通风空调系统消声设计(最终版)

申报论文
（中 级）
题目： 浅谈地铁通风空调系统
消声设计
2012 年 6 月 20 日
单 位: 北京绿创声学工程股份有
限公司
姓 名： 李胜号
申报专业: 环境保护（环境监测）
摘要
地铁通风空调系统主要由隧道通风系统、通风空调大系统、通风空调小系统三部分组成.隧道通风系统和通风空调大系统的主要声源为各类风机和列车噪声,噪声一方面通过隧道传至车站公共区站台、站厅,对乘客和车站工作人员造成影响；另一方面通过混凝土风道传至地面风亭，对周围声环境及敏感建筑物造成影响。

地铁车站通风系统消声通用方案采用在风机前后的风道、风亭内设置消声器方法来消减噪声.这种方法基本上能够解决地铁车站通风空调系统的噪声问题。

但是在具体设计时，应因地制宜,注重细节设计。

本文首先对地铁通风空调系统的各类噪声源进行了声源特性分析，论述了典型车站地铁通风空调系统消声设计通用方案。

进而首次指出了地铁风道消声降噪设计中,金属外壳片式消声器普遍存在“噪声短路”现象；并且提出了一种新型的“混凝土夹层风道封堵方案”以解决长期以来风道片式消声器传统封堵方案噪声旁漏严重的问题。

在混凝土风道直角弯道处衬贴吸声材料，与消声器配合使用，可明显提高消声器中、高频的消声效果。

关键词：地铁通风空调系统，噪声短路现象,混凝土夹层封堵，直角弯道消声处理
目录
摘要………………………………………………………………….….。

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Ⅱ
绪论………………………………………………………………………………。

1
一、地铁通风空调系统噪声源分析....................................。

(2)
1、通风空调系统噪声源组成....。

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. (2)
（1）隧道通风系统设备噪声。

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（2）大系统通风空调设备噪声....。

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2、各类噪声源的特性分析.…………………………………。

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3
（1）隧道(TVF）风机噪声频谱特性...............。

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（2) 隧道排热（TEF）风机噪声频谱特性………………………………….……。

3
(3) 大系统回排（HPF)风机噪声频谱特性……………………………….……。

4
(4) 大系统新风机(XF）噪声频谱特性.。

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.. (5)
(5）列车噪声频谱特性…。

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二、地铁通风空调系统通用消声降噪方案...。

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1、活塞风道消声降噪方案…….。

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2、排风道消声降噪方案……….。

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7
3、新风道消声降噪方案……….。

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4、大系统消声降噪方案.........。

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三、消声降噪方案细节设计............。

. (8)
1、“噪声短路"现象.................。

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(8)
2、传统封堵导致的消声降效.....................................................。

(9)
3、风道直角弯道消声处理。

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(9)
结论.。

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参考文献。

(11)
附录.。

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12
绪论
随着国内城市化进程的快速推进,地铁凭借其舒适、方便、快捷、高效等众多优点，已经成为大中城市居民出行必不可少的交通工具。

同时一些地铁建设的弊端日渐凸显，噪声扰民事件层出不穷。

目前的地铁设计中有关噪声环保设计方面仍然因循旧有的典型地铁通风空调系统噪声设计的通用方案的设计思路上，对细节设计的重视不足。

本文通过对地铁通风空调系统的噪声源的特性分析，论述地铁通风空调系统的消声设计通用方案,指出了细节设计方面存在的不足。

并且提出了解决“噪声短路”现象方法。

为了解决风道结构片式消声器容易产生的噪声旁漏问题,提出了一种新型的“混凝土夹层风道的封堵方案”，将综合管线与消声器设置独立的分区。

综合管线设置在夹层风道的上层，消声器位于风道的下层。

这样既保证了综合管线的安全和独立,又可靠的保证了气流噪声有效的经过消声器，避免旁漏问题的产生。

一、地铁通风空调系统噪声源分析
1、通风空调系统噪声源组成
地铁工程通风空调系统主要由隧道通风系统、公共区通风空调系统（简称“大系统”）和设备管理用房通风空调系统(简称“小系统"）组成.
隧道通风系统和大系统噪声对内通过隧道传至站台站厅,对外通过混凝土风道传至地面风亭。

小系统产生的噪声只对设备管理用房产生影响,一般通过在风管上安装适当长度的管道式消声器即可满足降噪要求。

因此本文主要讨论隧道通风系统和大系统对公共区站台站厅和地面风亭的影响。

（1) 隧道通风系统设备噪声
隧道通风系统设备主要由隧道轴流风机（TVF)、车站隧道排热风机（TEF)组成.TVF、TEF等大型轴流风机在运转过程中产生高强度的低频稳态噪声,其A
声级可达120 dB左右。

此高强度的低频稳态噪声，一方面通过混凝土风道或与风道相连接的金属风管，由送、排风口传至公共区站厅和站台，另一方面通过混凝土风道和风亭传至地面.虽然，声波在混凝土风道和金属风管中传播，噪声随距离的增加会有一定的声功率衰减,但不采取相应降噪措施，将会对地铁乘客和地面上风亭附近环境带来影响。

（2）大系统通风空调设备噪声
车站大系统设备主要是回排风机（HPF）、排风机（P）、新风机（XF)和组合空调器（KT)，这些通风空调设备由进出风口向敏感区域辐射强烈的气流噪声。

一方面对内通过金属风管传至站厅、站台；另一方面对外通过混凝土风道传至地面的新风亭和排风亭，对周围环境造成严重影响。

2、各类噪声源的特性分析
地铁工程的主要噪声源为隧道通风系统采用的大型轴流风机（TVF、TEF)、大小通风系统所采用的各类风机(HPF、XF、P、S)及组合式空调器(KT）、柜式空调机组（K）、列车运行时产生的噪声等，主要噪声源的特性分析如下:
（1)隧道（TVF）风机噪声频谱特性
隧道通风系统采用的大型轴流(TVF)风机的噪声频谱特性如图1-1所示，其声功率级可达118dB（A)。

图1—1 隧道TVF轴流风机噪声频谱图
由以上噪声频谱图分析得出，该大型TVF轴流风机的低、中频带的声功率级比较突出，且呈现丰富的宽频特性，噪声主要集中在250Hz~1000Hz，峰值出现在500Hz左右，此频带噪声传播能力强，自然声衰减少，对系统消声降噪要求很高。

(2）隧道排热(TEF)风机噪声频谱特性
隧道排热风机的噪声频谱特性如图1-2所示，其噪声声功率级可达113dB （A）.
图1-2 TEF排热风机噪声频谱图
由以上噪声频谱图分析得出，该大型TEF轴流风机的低、中频带的声功率级比较突出,且呈现丰富的宽频带特性，噪声主要集中在125Hz~1000Hz，峰值出现在250Hz左右,此频带传播能力非常强，自然声衰减少，对系统消声降噪要求高。

(3）大系统回排（HPF）风机噪声频谱特性
图1-3 大系统HPF回排风机噪声频谱图
由以上噪声频谱图分析得出，回排风机的低、中频带的声功率级比较突出,噪声主要集中在125Hz～1000Hz，峰值出现在250Hz左右，此频带传播能力非常强，自然声衰减少,对系统消声降噪要求高。

（4)大系统新风机(XF）噪声频谱特性
图1-4 XF新风机噪声频谱图
由以上噪声频谱图分析得出,新风机的噪声相对较低，噪声主要集中在
125Hz～500Hz，峰值出现在250Hz左右，此频带传播能力非常强,自然声衰减少，对系统消声降噪措施要求高。

(5）列车噪声频谱特性
地铁车站列车运行产生的噪声是一种非稳态噪声，主要有：列车高速运行拖拽和推动隧道空气而产生的气流噪声；因车轮不可避免的偏心、路轨不平等原因引起整个系统包括车厢的振动，振动引起碰撞而产生的噪声;列车运行中“蛇形”，曲线外侧轮转动和滑行，加速、减速和直线段的滑行，都会与路轨摩擦而引起的噪声.列车进出站时，以隧道内列车运行产生的各种噪声为主。

列车停靠时,列车运行的各种噪声停止,此时主要的噪声是通风空调系统的噪声。

从列车即将进站到列车离去,一般2分钟左右,每个站台都连接2个以上隧道风亭.地铁站台层设有屏蔽门系统,相当于列车噪声传播路径上设置了一道声屏障，有效的降低了向站台区域传播的噪声。

但是列车运行噪声通过活塞风道和排风风道传至地面风亭，严重影响风亭周边的声环境.典型的列车运行噪声频谱如图1-5所示：
图1—5 列车运行噪声频谱图
由以上噪声频谱图分析得出,列车噪声主要集中在中、高频，峰值出现在500Hz左右，对系统消声降噪要求也较高.
二、地铁通风空调系统通用消声降噪方案
1、活塞风道消声降噪方案
活塞风道主要噪声源为TVF大型轴流风机噪声和列车噪声。

根据地铁隧道通风系统TVF大型轴流风机的噪声源特性,在其进出口端设置金属外壳片式消声器，一般为阻性片式或者阻抗复合式消声器,可以消减轴流风机通过消声器的气流噪声。

在早晚通风工况和事故工况下,TVF轴流风机全部运行，事故工况为非正常工况，风机噪声影响可不作考虑。

但早晚通风工况为正常工况，因此必须予以考虑。

另外列车噪声对地面活塞风亭的影响也必须考虑。

一般采用活塞风道或风亭内设置结构片式消声器或者衬贴吸声贴面的方法。

消声器和吸声贴面应设置在列车噪声和TVF轴流风机噪声共同的传播路径上.由于降噪措施会占用活塞风道的进风面积,因此消声降噪方案必须考虑对活塞风量的影响。

2、排风道消声降噪方案
排风道的主要噪声源TEF排热风机、大系统HPF回排风机等。

噪声一方面对内通过隧道传至车站公共区站台、站厅,另一方面通过混凝土风道传至地面风亭。

根据TEF排热风机和大系统HPF回排风机的噪声频谱特性，一般在风机前后的混凝土风道内设置结构片式消声器。

消声器的截面尺寸根据风机的总风量和消声器净通流面积确定;消声器的长度需根据地面风亭的控制标准和气流通道上的自然衰减通过计算确定所需消声量,进而根据消声器的声学性能进行设计。

3、新风道消声降噪方案
新风道主要的噪声源为小新风机XF、大系统的组合式空调器KT、射流风机RAF以及穿过新风道的风管辐射的噪声等。

虽然小新风机XF本身的噪声值相对较低,但是和大系统的声源叠加后的噪声值也较高,因此新风道不能仅考虑小新
风机噪声的影响.根据新风道各噪声源的声源特性,一般采用在对外通向风亭的
混凝土风道内设置结构片式消声器。

对内噪声通过隧道传至车站公共区，因为其噪声比排风道噪声明显小很多,所以可以不作降噪处理。

4、大系统噪声源消声降噪方案
大系统的主要的噪声源有HPF回排风机、组合式空调器KT、射流风机RAF、排烟风机PY等。

这些噪声源一方面分别和排风道TEF排热风机、新风道的新风机XF等叠加后通过混凝土风道对外传至风亭，降噪措施在排风道、新风道降噪方案中已经详细论述。

另一方面通过风管传至车站公共区站台站厅，一般采用在风管上设置适当长度的管道式消声器来降低噪声.
三、消声降噪方案细节设计
目前地铁通风空调系统降噪设计仍然遵循着上述通用方案框架。

由于地铁工程设计的复杂性和各专业设计的相对独立性，很少有人会注意到噪声控制的细节设计，造成了噪声设计的很多自身缺陷和不足。

下面列出了几种常见的现象以及解决办法。

1、“噪声短路”现象
由于地铁结构设计时对噪声控制考虑较少，部分线路的隧道通风系统的设计存在结构缺陷，使得TVF隧道轴流风机的外壳本体噪声直接绕过消声器传至风亭处,使得消声器形成噪声短路。

如下图3-1所示：
图3-1 TVF风机壳体噪声短路
以隧道TVF风机对外配置3m长金属外壳片式消声器为例，消声器的消声量大于35dB(A），而风机外壳及渐扩管直接向外辐射噪声，并且绕过金属外壳消声器直接传向风亭。

此部分绕射噪声高于风机经过消声器后的气流噪声，使得消声器处于一种近似失效的状态。

我们可以把这种现象称为“噪声短路"现象。

为了消除“噪声短路"现象，可以采用以下方法对此部分绕射噪声进行处理.
在渐扩管与消声器连接位置设置混凝土隔声墙，将隧道风机及渐扩管完全封
闭在一个独立的设备机房内,阻断机壳本体及渐扩管噪声使消声器发生短路的可能，使风机的全部噪声均需经过消声器后才能传至地面风亭。

此方法可从根本上消除“噪声短路"现象。

2、传统封堵导致的消声降效
混凝土风道内的结构片式消声器由于设计高度和综合管线等的影响，顶部和侧部经常存在较大空隙。

传统封堵方案采用防火板或镀锌钢板进行双侧封堵。

此封堵方案不能使缝隙封堵严密,很容易造成噪声透射和旁路泄漏，导致消声器消声降效。

经过大量的现场勘察和实践，发现新型的“混凝土夹层封堵方案”可以很好的解决消声降效问题。

“混凝土夹层封堵方案”即在风道顶部由土建施工单位预留出混凝土夹层风道，将综合管线和消声器进行隔离.综合管线全部设置在混凝土夹层风道内，而消声器位于混凝土夹层风道的下部。

这样两部分设备各自独立，不仅保证了综合管线的安全、整齐，而且使消声器噪声透射和旁路泄漏问题得到根本解决。

3、风道直角弯道消声处理
在混凝土风道内，直角弯道处作消声处理，表面衬贴吸声贴面，形成消声弯头。

与设置在风道内的片式消声器配合使用，可以明显提高消声器中、高频段的消声效果。

并且可以消除阻性片式消声器容易产生的“高频失效"现象。

结论
1）地铁通风空调系统消声设计通用方案分别对各类噪声源进行了有针对性的治理，降噪效果显著，但细节设计方面仍存在不足.
2）通过设置混凝土隔声墙的方法可以解决隧道轴流风机容易出现的“噪声短路"现象。

3）新型“混凝土夹层封堵"可以弥补传统封堵存在的不足，解决风道结构片式消声器的噪声旁漏问题。

4）混凝土风道直角弯道处衬贴吸声材料,形成混凝土消声弯头，可以有效的提高消声器的中、高频消声特性。

参考文献
[]《地下铁道工程设计规范》（GB50157—2003）
［2] 刘英杰．地铁车站噪声测试与分析．铁道标准设计．2009（8）［3］《噪声控制与建筑声学设备和材料选用手册》吕玉恒主编
附录。